低碳锚杆用钢的研究

引言

锚杆是锚固在岩体内，维持围岩岩体稳定的杆状结构物。与其他支护相比，其属于一种主动形式[1]，具有工艺简单、支护效果好、材料消耗和支护成本低、运输和施工方便等优点。煤巷锚杆的性能要求是杆体材料要有高的强度和高的承载能力，以控制巷道围岩岩体的变形，同时还要求有一定的塑性，以允许巷道围岩有一个卸压和应力重新分布的过程，即适应围岩的变形。控制围岩变形与适应围岩变形是相辅相成缺一不可的。特别是在松软、破碎、膨胀性围岩和采动影响条件下，巷道围岩的强度低，变形量大，此时锚杆杆体的塑性显得尤为重要。随着煤炭资源的不断开采，矿井的开采深度不断增加。可以预计，高强度高塑性锚杆的需求将越来越大。

因此，我们希望能够在保持σb≥800Mpa 的前提下，使煤巷锚杆具有更高的塑性（δ5≥25%）。通常，高强度钢的强度和塑性往往是矛盾的。提高强度时，塑性下降；塑性好的钢，强度则不高。从目前的研究和发展来看，相变诱发塑性（Transformation InducedPlasticity），简称TRIP[2-5]，是一种能够同时提高钢的强度和塑性的有效强韧化方法。

1 试验方法

2 试验结果及讨论

2.1 不同等温温度对 Si-Mn 系TRIP 钢拉伸性能的影响 从可以看出，不同温度等温1h，各试样的延伸率均达到20%以上，其中在340℃等温时，延伸率最高，达到26%，但它的抗拉强度最低，低于800MPa；而在380℃等温时，它的延伸率达到了25%，抗拉强度达到了最高的850Mpa，同时综合性能σb×δ5 在该条件下也达到了最高，为21250MPa%；在460℃等温时，抗拉强度、延伸率及其综合性能都是最低的。在380℃等温的微观组织图。

由可以看出，在810℃加热保温50min， 380℃等温1h 后，得到的最终的铁素体+贝氏体+残余奥氏体的三相组织。试样在拉伸时，发生TRIP 效应，使得试样能够在保证强度的同时提高了塑性，使得该试样的强度和延伸率达到了良好的匹配。

2.2 不同等温时间对 Si-Mn 系TRIP 钢拉伸性能的影响 从可以看出，随着等温时间的增加，抗拉强度逐渐提高，在等温40min 和60min时，基本不变，随后继续升高；延伸率在等温20min 时达到峰值，然后又随等温时间的增加而逐渐降低。在等温20min～60min 时，抗拉强度保持在840MPa～850MPa 之间，在保温120min 时，抗拉强度达到最高的900MPa，而延伸率变为最低的20%；在等温20min 时，抗拉强度为844MPa，但延伸率最好，达到最高的31%。从综合性能来看，保温20min 时达到顶峰，为26164MPa%，在60min 和90min 时，基本保持不变。总体看来，σb×δ5 随等温时间增加先提高然后逐渐降低。等温20min 的微观组织图。

采用该热处理工艺，810℃正好处于奥氏体和铁素体两相区之间，由于Si 是铁素体形成元素，稳定铁素体，净化奥氏体，加快了多边形铁素体的转变，使奥氏体中的碳含量得到提高。当试样在380℃等温时，随着等温时间的延长，碳向未转变的奥氏体中扩散，奥氏体中的碳浓度得到提高，奥氏体也就越稳定，但等温时间延长的同时，贝氏体转变量也就越多，残余奥氏体量减少，TRIP 效应逐渐降低 [8]。Mn 元素除了对钢起到固溶强化的作用还能降低Ms点，提高残余奥氏体的稳定性[9]。试样通过亚温加热和380℃等温两段热处理，确保了残余奥氏体大量稳定的存在，最后得到了贝氏体、铁素体、残余奥氏体的三相组织。当其在Ms温度以上塑性变形时，该组织必然会产生TRIP 效应而对塑性有所贡献,使伸长率大幅度提高。

3 本试验材料力学性能与其他材料力学性能对比

从可以看出，本试样在经过热处理之后，抗拉强度和塑性都达到了较高水平，其综合性能在表中各钢材中也是最优的。

4 结论

（2）低碳Si-Mn TRIP钢经过热处理后，可得到贝氏体、铁素体、残余奥氏体的三相组织。当其在Ms温度以上塑性变形时,该组织必然会产生TRIP效应而对塑性有所贡献,使伸长率大幅度提高。

（3）试样在380℃等温时，随着等温时间的延长，碳向未转变的奥氏体中扩散，奥氏体中的碳浓度得到提高，奥氏体也就越稳定，但等温时间延长的同时，贝氏体转变量也就越多，残余奥氏体量减少，TRIP 效应逐渐降低。

中国硕士论文网提供大量免费mba硕士论文，如有业务需求请咨询网站客服人员！

[参考文献] (References)

[1] 郭宏亮. Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类煤巷锚杆支护（内部资料）[Z].1996. [3] Fahr D,Met.Trans.,2,(19

7

1):1983.

[4] Olson G B,Azrin M,Met.Trans.,9A,(19

7

8):713.

[5] Parker E.R.,Zackay V.F.Eng.Fract.Mech.,5,(19

7

3):147.

[6] 周玉,武高辉. 材料分析测试技术[M]. 哈尔滨工业大学出版社. 2005：47,90~91.

[7] 江海涛,唐荻,刘强,刘仁东,严玲. TRIP 钢中残余奥氏体及其稳定性的研究, 钢铁, 2007,42

(8): 60~63.

[8] 李壮,王洪顺,李景春,石继红. 低碳硅锰系TRIP 钢热处理工艺的研究, 2000,17

(1): 30~33. [10] 江利,张太超,崔永丽. 现代金属材料及应用[M], 中国矿业大学出版社,2012,42~45.